Дослідники з Оксфордського університету за допомогою гібридного квантового комп’ютера відтворили ефект Ааронова-Бома. Експеримент продемонстрував, як невидимий магнітний вплив здатен повністю зупинити рух модельованої частинки без прямого контакту.
У класичній фізиці заряджена частинка реагує лише на те електричне чи магнітне поле, з яким вона безпосередньо стикається. Однак квантова механіка демонструє значно складніші явища. У 1959 році фізики Якір Ааронов і Девід Бом передбачили, що на заряджену частинку впливає магнітний потік, навіть коли вона рухається цілком поза межами зони самого поля. У такому разі змінюється так звана квантова фаза частинки, що впливає на інтерференцію її можливих траєкторій.
Читайте також:
Передбачення майже столітньої давнини. Фізики вперше створили й дослідили екзотичні квантові струни Бете Це явище, відоме як ефект Ааронова — Бома, стало одним із найяскравіших доказів специфічних законів мікросвіту.
Нещодавно команда вчених з Оксфордського університету у співпраці з колегами з Мадрида успішно відтворила цей феномен на основі гібридної квантової системи.
Результати роботи опубліковано в науковому виданні Nature Physics.
Проєкт розпочався ще у 2022 році під керівництвом доктора Себастьяна Санера та доктора Оани Базаван. Для експерименту дослідники об'єднали кубіти й квантові осцилятори, утворені завдяки коливанням тих самих іонів. Кубіти відігравали роль калібрувальних полів, тоді як осцилятори представляли саму матерію.
Об'єднавши ці компоненти у вигляді простої петлі, вчені змогли змоделювати складні ґраткові калібрувальні теорії, що описують взаємодію матерії та фундаментальних полів. Замість того щоб задавати магнітне поле як фіксований фон, дослідники закодували його безпосередньо в кубіти. Завдяки цьому магнітний потік став активною частиною єдиної квантової динаміки разом із матерією, що еволюціонує.
Під час симуляції вчені спостерігали процес квантового тунелювання, коли частинка переміщується між різними точками петлі. За відсутності магнітного потоку частинка вільно рухалася системою. Однак після введення змодельованого потоку два можливі шляхи руху частинки набули змінених квантових фаз. У результаті виникла деструктивна інтерференція — квантові внески обох шляхів взаємно компенсували один одного.
Це явище повністю придушило тунелювання, через що змодельована частинка залишилася у своєму початковому стані, фактично зупинившись під дією невидимого поля.
Оксфордський експеримент проводився паралельно з аналогічним дослідженням команди з Університету Меріленда під керівництвом професора Норберта Лінке, яка зосередилася на моделюванні потенціалу Юкави. Обидві наукові групи узгодили подання своїх робіт до журналу Nature Physics. Успішні демонстрації підтверджують величезний потенціал гібридних квантових комп’ютерів як інструментів для вивчення складних фізичних взаємодій, які дуже важко або неможливо розрахувати за допомогою класичних обчислювальних систем.
Читайте також:
Острівці порядку. Дослідники виявили регулярні траєкторії серед хаосу в квантових системах
